柔性飞艇主气囊不稳定构型阶段力学性能分析

为了揭示柔性飞艇主气囊不稳定构型阶段的力学性能,首先基于迭代薄膜性能法(IMP)编制可分析薄膜褶皱的子程序,通过对比不同单元类型充气管变形结果,找出一种合理的单元类型进行不稳定构型主气囊模拟.在此基础上,以9m柔性飞艇主气囊简化模型为对象,对简化模型在不同约束状态下不稳定构型阶段外形及应力进行分析.研究表明:气压梯度和模型约束是柔性飞艇主气囊在不稳定构型阶段力学性能的重要影响因素,模型从稳定构型到不稳定构型阶段开始的一段时间,形状变化不大,中间阶段模型发生较大的形状改变.不稳定构型阶段在约束部位较稳定构型时更容易发生强度破坏.研究结果对柔性平流层飞艇主气囊结构设计具有参考价值.     

柔性飞艇主气囊干湿模态分析与影响因素

为了掌握柔性飞艇无约束状态下的模态特性,以25m平流层验证飞艇为基本分析对象,对其自振特性进行研究.根据充气膜结构的力学特点,基于柔性飞艇主气囊初始形状,通过充气压力静力非线性分析得到充气平衡形态位形和应力,利用兰索斯法进行模态数值分析.分析表明,影响柔性飞艇模态特性的主要因素为:壳单元与膜单元模型、拼接缝、不均匀质量分布、内外压差、尺寸、飞艇周围空气附加质量,且最后三者为重要影响因素;壳单元和膜单元模型频率相近且振型一致.对柔性平流层飞艇结构设计具有参考价值.     

氟化乙丙烯薄膜单轴拉伸力学性能试验

对150μm厚氟化乙丙烯(FEP)薄膜沿MD和TD方向裁取的试样进行4种拉伸速度的单轴拉伸试验,得到相应的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率,并给出以应变速率为变量的线性拟合公式;进行3种拉伸应力的循环拉伸试验,得到每循环割线模量及残余应变;进行3种应力水平下的徐变试验,分析徐变发展趋势.结果表明:FEP薄膜的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率都随着应变速率的增大而增大;随着循环次数的增加,循环割线模量及残余应变趋于稳定;拉伸应力9MPa时材料产生明显徐变.试验结果对FEP薄膜工程设计应用具有参考价值.     

扭簧驱动空间展开桁加结构分析

扭簧驱动展开桁架是由高比刚度材料的薄壁管件作为主要构件,由高比强度材料和特制扭转弹簧构成活动接点,大部分杆件两端在同一平面方向内设置扭簧构成可协调同步展开折叠运动的复杂机构。基于此构成机理和独特的受力特点,提出合理假设,推导出两端带扭簧的杆件宏单元缩减线弹性刚度短阵;基于梁的弯曲理论和位移模态,直接导出了宏单元的一致质量矩阵。这两个矩阵可有效地用于扭簧驱动空间展开桁架的结构分析,最后给出了一个数值     

扭簧驱动空间展开桁架结构分析

扭簧驱动展开桁架是由高比刚度材料的薄壁管件作为主要构件 ,由高比强度材料和特制扭转弹簧构成活动接点 ,大部分杆件两端在同一平面方向内设置扭簧构成可协调同步展开折叠运动的复杂机构 .基于此构成机理和独特的受力特点 ,提出合理假设 ,推导出两端带扭簧的杆件宏单元缩减线弹性刚度矩阵 ;基于梁的弯曲理论和位移模态 ,直接导出了宏单元的一致质量矩阵 ,这两个矩阵可有效地用于扭簧驱动空间展开桁架的结构分析 .最后给出了一个数值分析算例 ,证明了方法的有效性     

织物膜材弹性参数在应力空间上响应特征及非线性本构分析

为揭示飞艇用层压类膜材弹性参数在平面应力空间上的响应特征,首先以高性能蒙皮材料Uretek3216LV为研究对象开展一系列双轴拉伸试验,获得多比例应力应变关系数据;然后运用MATLAB软件进行数值处理,分析得出应变及弹性参数在应力空间上的响应曲面特征.基于积分加权方法,分析了弹性参数在不同应力水平及应力比例上变化规律.研究发现正交互补性质在蒙皮材料弹性参数计算时的适用性不足,且材料弹性参数表现出明显正交异性特征.另外,层压织物膜材异于均质材料,大泊松比(0.5)的存在是其经纬纱间复杂相互作用及变形机理的体现.     

考虑裁切效应飞艇囊体模型充气数值模拟与试验

为了研究飞艇囊体结构的力学性能,建立了考虑裁切效应的囊体缩比模型.首先进行了织物膜材的双轴拉伸试验,根据试验结果拟合出材料力学参数的应力响应面并编写了材料模型子程序.利用Abaqus模拟了囊体裁切过程,建立了飞艇囊体初始构型的有限元模型,并对囊体充气过程进行了数值模拟.最后设计并制作了飞艇缩比模型并进行充气试验,测量了不同内压下膜面的变形特征.结果发现:考虑裁切效应得到的囊体初始构型和理想回转体模型存在明显的差异;裁切模型膜面变形最大值误差在12%以内,并且随着内压的增大,模型分析误差逐渐减小;裁切效应在飞艇精细化建模分析中具有不可忽略的作用.     

浮空器膜材循环拉伸力学性能及弹性常数研究

对全新飞艇蒙皮膜材Uretek3216L进行了单轴循环拉伸试验,采用自主研发的多功能薄膜双轴拉伸试验机进行5种应力比例下的拉伸试验.探讨了单双轴循环试验的应力应变关系及弹性模量随循环次数的变化规律,对双轴耦合弹性模量的理论公式进行了推导,分析了纬经向应力比对耦合弹性模量的影响规律.结果表明,单轴循环的第15次和第1次循环相比,经纬向弹性模量分别增大了20.7%和39.1%,其中第2次循环增大幅度最大,经纬向均占总增量的60%以上.对于双轴试验,随纬经向应力比R的增大,经向耦合弹性模量增大而纬向减小.确定了膜材的单、双轴应力下的弹性模量和3D应力应变响应曲面.     

非晶硅薄膜太阳能电池热模型的模拟与实验研究

为了研究柔性非晶硅薄膜太阳能电池(a-Si PV)在晴和多云天气下的温度值,基于能量守恒法建立了a-Si PV的光热模型,考察了各部分参数取值,编写了微分方程的求解程序,并设计研制了一套实验模型进行验证.实验结果表明:a-Si PV电池的温度受日照辐射强度的影响最为显著;安装角度和环境温度也在一定程度上影响a-Si PV的温度值;晴天时的温差大于多云天气下的温差.实测值与模拟值对比表明:该模型可以准确模拟PV温度在晴和多云天气下的变化;数值结果与实验结果最大差值为3.9°C,主要原因是多云天气日照辐射强度的波动性和PV材料热容引起的热响应时滞.建立的a-Si PV热模型考虑了主要的影响因素,可较为准确地得到在晴和多云天气下的温度变化.